衛星遙感：“火眼金睛”看透“地球的秘密”

文／吳希文

遙感，即為遙遠的感知，從廣義上理解，遙感是指不需要通過直接接觸某一定對象而收集關于其的某種或某些特定的信息，從而了解該對象的性質。從原理上說，遙感技術是依據電磁波理論，應用各種傳感儀器對遠距離目標所輻射和反射的電磁波信息，進行收集、處理，并最后成像，從而對地面各種景物進行探測和識別的一種綜合技術。

相較于傳統的測量手段，遙感具有“遙”“感”“快”“廣”的特點。所謂“遙”，指的是遙感衛星的感測距離遙遠。遙感技術可以不受任何限制地廣泛遙遠感測地球任何一角。對于自然條件惡劣、地面測量工作開展困難的地區，利用遙感技術可以輕松地獲取其地面信息。“感”是指遙感技術獲取的信息多樣。遙感技術既可以獲取地物可見光波段的信息，也可以獲取紫外、紅外、微波等不可見光波段的信息，并根據不同波段對地物穿透性的不同，獲取地物信息，如地表溫度變化、植被含量變化、大氣細顆粒污染物含量的變化等。“快”是指遙感信息的獲取速度快，獲取周期短。以往對一個地區進行地形勘測可能需要耗費幾年甚至幾十年的時間，但是利用陸地衛星8號獲取整個地球的地表信息僅需16天。“廣”是指遙感技術的探測范圍廣。一幅一萬米高空拍攝的航空影像的覆蓋范圍可達到900平方公里；一幅地球資源衛星照片的覆蓋范圍可達到3.4萬平方公里，相當于只要600多張陸地衛星影像就可以覆蓋我國的土地范圍。

隨著科學技術的不斷提高，遙感技術的種類也更加多樣。目前，衛星遙感因其高時空分辨率、重訪周期短、監測范圍大等優點逐漸成為遙感技術的主要研究方向。特別是在一些自然環境惡劣、人跡罕至的地方，衛星遙感的優勢就更加明顯。其中，衛星作為該遙感系統的重要組成成分，得到了各國極大的重視。隨著遙感技術的不斷發展和研究領域的不斷加深，遙感技術的應用領域正不斷擴大，目前已經被廣泛應用于陸地水資源調查、土地資源調查、地質調查、植被資源調查、海洋資源調查、城市資源調查、環境監測、城市檢測測繪、考古調查、規劃管理、軍事偵察等多個方面。同時，隨著衛星技術和計算機技術等多項技術的不斷突破，遙感技術正在向著精細化、一體化、科學化的方向不斷發展。

星載合成孔徑雷達干涉測量技術（InSAR）是正在發展中的極具潛力的微波遙感新技術。近年來一直是國際研究的熱點。該技術是空間大地測量和遙感技術的結合體，一般通過計算兩次過境時合成孔徑雷達影像的相位差值，獲取高精度、高空間分辨率（米級）、大尺度（上百公里）的數字高程模型和地面形變數據，并已迅速成為常用的大地測量技術之一。InSAR技術最近幾年已廣泛應用于各類變形監測中，如城市地面沉降、大壩變形、橋梁變形、滑坡、高層建筑物變形、礦區沉降等。

雖然理論上InSAR技術獲取的地面形變測量精度可達毫米級，但是由于大氣延遲、時空失相干、相位解纏誤差、軌道誤差等問題，InSAR技術并不能充分發揮其能力。為了解決這些問題，許多專家學者進行了大量研究，提出利用多景SAR圖像，并通過統計學的方法來改正大氣延遲、軌道、DEM等各種誤差，最終精確地提取地表形變。這些方法雖然能夠解決傳統InSAR方法上的大部分問題，但是該技術存在自身的局限性。

近年，我國在合成孔徑雷達干涉測量方面的基礎和應用研究方面取得了長足的進展，比如：InSAR軟件開發方面，推出了多個自主研發的InSAR數據處理軟件；沉陷監測與建模方面，對各種SAR衛星在沉陷監測應用的適用性已經進行了多方面的研究，對最大可測量的地面形變梯度方面擁有充分的了解，并開始嘗試通過結合地面沉陷建模來提高最大可測量的地面形變梯度；通過融合多源InSAR數據來進行長時間尺度的地面形變監測、提高最終結果的觀察點數量及監測精度等。